全固态锂电池的概述

2021-06-24

由于种种原因,我接触的全固态电池较少,故而借用行业前辈的一些文章,给大家展示一下全固态电池的概述和现状。目前,大力发展新能源汽车已成为各国实现节能减排、应对气候变化的共识,很多国家更是将发展新能源汽车上升到国家战略高度。美国、欧洲、日本等国的各大汽车集团均推出各自的发展计划。尤其是 2016 年以来,主要汽车强国更是纷纷加大新能源汽车产业的支持力度。
然而,目前电动汽车的规模化应用仍受制于续驶里程、安全性、充电时间、成本等多项制约,例如针对车辆的续驶里程,若单纯增加电池数量,会造成整车增重,进而造成百公里电耗的明显增加,整车售价也会水涨船高。安全性是我们最关注的一个问题,采用安全性较高的磷酸铁锂电池,但续航里程又跟不上,因此根本解决策略仍需大幅提升电池的各方面性能。美国特斯拉推出的 Modle S 电动汽车,采用了近 7000个 3.1 Ah 的 18650 圆柱型锂离子电池,其续航里程达到 400 km 以上,但是其电池重量达到 500 kg,汽车的售价高达 7.9 万美元,种种约束条件限制了新能源汽车的推广。
我们需要一次较大的突破,归根结底,需要电池材料体系的重大变革,最好可以带来数量级的变化。从第一代的镍氢电池和锰酸锂电池,第二代的磷酸铁锂电池,到目前广为使用的第三代三元电池,其能量密度和成本分别呈现出阶梯式上升和下降的趋势。那么实现 2020 ~ 2025 年的电池目标用电池选用何种电池体系?
目前,根据各高校、研发机构和企业,全固态锂电池这个名词,广泛出现在大众视野中,这就是2020年-2015年新一轮的锂电风暴?他到底有什么神秘之处。今天我就带大家去初步了解一下全固态锂电池。
传统锂离子电池采用有机液体电解液,在过度充电、内部短路等异常的情况下,电池容易发热,造成电解液气胀、分解、自燃甚至爆炸,存在严重的安全隐患,这也是目前三元材料的一个短板。而基于固体电解质的全固态锂电池,采用固体电解质,不含易燃、易挥发组分,彻底消除电池因漏液引发的电池冒烟、起火等安全隐患,被称为最安全电池体系。

对于能量密度,中、美、日三国政府希望在 2020 年开发出 400~500 Wh/kg 的原型器件,2025~2030 年实现量产。根据目前材料体系发展路线,最有可能的就是金属锂负极的使用,金属锂在传统液态锂离子电池中存在枝晶、粉化、SEI不稳定、表面副反应多等诸多技术问题,而固态电解质与金属锂的兼容性使得使用锂作负极成为可能,从而显著实现能量密度的提升。

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